CN108468764A - 一种电动汽车用双作动器式三挡变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种电动汽车用双作动器式三挡变速器，包括电机、变速器输入轴、变速器输出轴、第一作动器、第二作动器、太阳轮轴、齿圈、行星架、第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器；所述太阳轮轴与齿圈分别设置在变速器输入轴上，所述变速器输入轴通过第一离合器与太阳轮轴传动连接，所述变速器输入轴通过第二离合器与齿圈传动连接，所述太阳轮轴与齿圈分别与行星架输出主动轮传动连接；区别于现有技术，本发明不仅整体结构简化紧凑、易于控制换挡，而且即使整个高压流体泄漏或行星轮系大部分齿轮零件磨损下，仍然具备车辆防呆功能。

Description

一种电动汽车用双作动器式三挡变速器
技术领域
本发明涉及电动汽车变速器领域，特别涉及一种电动汽车用双作动器式三挡变速器。
背景技术
随着电动汽车的发展，新型少挡位变速器的研发成为热点。在三挡变速器的设计上，其换挡过程需要控制多个作动器(可分为手动、电动、气压与液压传动等驱动方式的出力装置)来实现。比如，CN201410469720.2公布了一种电动汽车三挡线控自动变速器，利用四个电磁离合器的分离与结合，分别实现3个前进挡与1个倒挡。CN201310547301.1利用2个结合套顺序进行选挡和挂挡动作完成4个挡位的设计。CN201510155257.9利用2个结合套和1个离合器实现动力无中断地3挡位设计。CN201710359322.9公布了一种双齿圈干摩擦外控三挡变速器，利用设置于壳体外的第一制动器、第二制动器以及离合器实现3个前进挡。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：
1、CN201410469720.2采用纯线控方式实现换挡，但电磁离合器的换挡速度太快易造成换挡冲击，且线控模块系统故障下变速器没有电磁力而无法防呆工作，只能拖车处理。
2、CN201310547301.1需要电机调速使变速器输入轴与输出轴的转速比成一定规律才能挂入挡位，换挡时间长。此外，换挡过程需要先让其中一个结合套脱挡，再根据转速比信号控制另一个结合套挂入挡位，无法只控制一个作动器实现换挡。而且，该方案也无法实现防呆处理。
3、CN201510155257.9在CN201310547301.1的基础上利用离合器的滑摩可实现无动力中断换挡，但也使换挡过程控制更加复杂，且仍然无法实现防呆处理。
4、CN201710359322.9利用干式离合器和鼓式制动器等干摩擦原理进行换挡，体积较大，成本高。
以上对比文件1至4各款每个换档执行单元一个作动器，增加成本，加大体积，而且直接档流体通过传动轴，加装旋转密封圈，加大成本，而且转速高时，旋转密封圈易失效。
发明内容
为此，需要提供一种电动汽车用双作动器式三挡变速器，用于解决上述技术问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种电动汽车用双作动器式三挡变速器，所述电动汽车用双作动器式三挡变速器包括电机、变速器输入轴、变速器输出轴、第一作动器、第二作动器、太阳轮轴、齿圈、行星架、第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器；
所述第一作动器通过连接件分别与所述第一制动器和第一离合器连接，用于联动控制所述第一制动器和第一离合器结合或分离，使所述第一制动器和第一离合器联动互锁；所述第二作动器通过连接件分别与所述第二制动器和第二离合器连接，用于联动控制所述第二制动器和第二离合器结合或分离，使所述第二制动器和第二离合器联动互锁；
所述太阳轮轴与齿圈分别设置在变速器输入轴上，所述变速器输入轴通过第一离合器与太阳轮轴传动连接，所述变速器输入轴通过第二离合器与齿圈传动连接，所述太阳轮轴与齿圈分别与行星架输出主动轮传动连接；
所述电机通过电机转轴与变速器输入轴传动连接，所述变速器输入轴通过行星架输出主动轮与行星架输出从动轮的配合与变速器输出轴传动连接。
作为本发明的一种优选结构，所述第一作动器与第二作动器为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机械传动作动器中的一种或两种的组合。
作为本发明的一种优选结构，所述电动汽车用双作动器式三挡变速器还包括壳体，所述电动汽车用双作动器式三挡变速器还包括壳体，所述第一作动器与第二作动器均为活塞组件，所述壳体上设有第一流体通道组件与第二流体通道组件，所述第一流体通道组件与第二流体通道组件分别与活塞腔体相连通。
作为本发明的一种优选结构，所述变速器输入轴与变速器输出轴分别通过支撑轴承连接于壳体，所述支承轴承的前端均设置有端盖油封组件。
作为本发明的一种优选结构，所述连接件为活塞推盘，所述活塞推盘包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；
所述第一连接部与第一作动器或第二作动器连接，所述第二连接部与第一离合器或第二离合器连接，所述第三连接部与第一制动器或第二制动器连接；
所述第一作动器通过连接件联动互锁所述第一离合器和第一制动器；
所述第二作动器通过连接件联动互锁所述第二离合器和第二制动器。
作为本发明的一种优选结构，所述第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器均包括多个相对设置的摩擦片和对偶钢片。
作为本发明的一种优选结构，所述第一离合器与第二离合器均包括压力弹簧，所述压力弹簧一端固定，另一端通过所述压盘与第一离合器或第二离合器的对偶钢片传动连接，用于推动对偶钢片压紧摩擦片。
区别于现有技术，上述技术方案电机通过电机转轴与变速器输入轴传动连接，所述变速器输入轴通过行星架输出主动轮与行星架输出从动轮的配合与变速器输出轴传动连接。变速器输入轴可通过第一离合器将动力传递到太阳轮轴，也可通过第二离合器将动力传递给齿圈。行星架上通过花键与行星架输出主动轮相连，动力可从行星架输出主动轮传递到行星架输出从动轮。而变速器输出轴通过键与行星架输出从动轮固定相连。只需对第一作动器和第二作动器进行控制，就可联动互锁地控制2个离合器和2个制动器，从而实现单排行星轮系的3个不同传动比挡位。不仅整体结构简化紧凑、易于控制换挡，而且即使整个高压流体泄漏或行星轮系大部分齿轮零件磨损下，仍然具备变速器防呆功能。
附图说明
图1为具体实施方式所述电动汽车用双作动器式三挡变速器的结构示意图；
图2为具体实施方式所述第一制动器与第一离合器的结构示意图；
图3为具体实施方式所述第二制动器与第二离合器的结构示意图。
附图标记说明：
1、电机；
2、壳体；
3、变速器输入轴；
4、电机转轴；
5、变速器输入轴左支撑轴承；
6、第一离合器毂；
7、第一活塞回位弹簧；
8、第一流体通道组件；
9、第一活塞；
10、第一活塞推盘；
11、第一离合器钢片与摩擦片组件；
12、第一鼓毂连接件；
13、第一制动器钢片与摩擦片组件；
14、第一离合器压力弹簧组件；
15、第一制动器挡圈；
16、行星架输出主动轮；
17、行星架；
18、第二制动器挡圈；
19、第二制动器钢片与摩擦片组件；
20、行星轮销轴；
21、太阳轮轴；
22、第二活塞推盘；
23、第二活塞；
24、第二流体通道组件；
25、第二离合器挡圈；
26、第二活塞回位弹簧；
27、第二离合器摩擦片和对偶钢片组件；
28、第二离合器压力弹簧组件；
29、油封端盖；
30、变速器输入轴右支撑轴承；
31、齿圈；
32、变速器输出轴油封端盖；
33、行星架输出从动轮；
34、变速器输出轴。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图3，本实施例一种电动汽车用双作动器式三挡变速器，所述电动汽车用双作动器式三挡变速器包括电机1、变速器输入轴3、变速器输出轴34、第一作动器、第二作动器、太阳轮轴21、齿圈31、行星架17、第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器；
所述第一作动器通过连接件分别与所述第一制动器和第一离合器连接，用于联动控制所述第一制动器和第一离合器结合或分离，使所述第一制动器和第一离合器联动互锁；所述第二作动器通过连接件分别与所述第二制动器和第二离合器连接，用于联动控制所述第二制动器和第二离合器结合或分离，使所述第二制动器和第二离合器联动互锁；
所述太阳轮轴21与齿圈31分别设置在变速器输入轴3上，所述变速器输入轴3通过第一离合器与太阳轮轴21传动连接，所述变速器输入轴3通过第二离合器与齿圈31传动连接，所述太阳轮轴21与齿圈31分别与行星架输出主动轮16传动连接；
所述电机1通过电机转轴4与变速器输入轴3传动连接，所述变速器输入轴3通过行星架输出主动轮16与行星架输出从动轮33的配合与变速器输出轴34传动连接。
具体的，行星架上设置行星轮销轴20，用于支撑行星轮。
进一步的，所述第一作动器与第二作动器为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机械传动作动器中的一种或两种的组合。
进一步的，所述电动汽车用双作动器式三挡变速器还包括壳体2，所述第一作动器与第二作动器均为活塞组件，所述壳体2上设有第一流体通道组件7与第二流体通道组件24，所述第一流体通道组件7与第二流体通道组件24分别与活塞腔体相连通。
进一步的，所述变速器输入轴3与变速器输出轴34分别通过支撑轴承连接于壳体2，所述支承轴承的前端均设置有端盖油封组件。
具体的，本实施例中，变速器输入轴左支撑轴承5设置在变速器输入轴3的左侧，油封端盖29设置在变速器输入轴3右侧。变速器输出轴油封端盖32设置在变速器输入轴34的右侧、变速器输入轴右支撑轴承30设置在变速器输入轴34的左侧。
进一步的，所述连接件为活塞推盘，所述活塞推盘包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；
所述第一连接部与第一作动器或第二作动器连接，所述第二连接部与第一离合器或第二离合器连接，所述第三连接部与第一制动器或第二制动器连接；
所述第一作动器通过连接件联动互锁所述第一离合器和第一制动器；
所述第二作动器通过连接件联动互锁所述第二离合器和第二制动器。
具体的，连接件为第一活塞推盘10、第二活塞推盘22。
具体的，本实施例中，第一离合器与第二离合器的上方分别设有第一离合器挡圈、第二离合器挡圈25。
进一步的，所述第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器均包括多个相对设置的摩擦片和对偶钢片。具体的，如第一离合器钢片与摩擦片组件11、第二离合器摩擦片和对偶钢片组件27。
进一步的，所述第一离合器与第二离合器均包括压力弹簧，所述压力弹簧一端固定，另一端通过所述压盘与第一离合器或第二离合器的对偶钢片传动连接，用于推动对偶钢片压紧摩擦片。具体的，如第一离合器压力弹簧组件14、第二离合器压力弹簧组件28。
进一步的，所述第一制动器与第二制动器均设有制动器挡圈，具体的，第一制动器挡圈15设置在第一制动器后方，第二制动器挡圈18设置在第二制动器后方。
图1中，第一制动器和第一离合器构成一组联动互锁结构，即第一制动器结合时第一离合器分离或者第一制动器分离时第一离合器结合。第一制动器和第一离合器的联动互锁机理在于：当第一流体通道组件7流入高压流体时，第一活塞9受力右移而推动第一活塞推盘10，压紧第一离合器的压力弹簧组件以及推盘可联动地压紧第一制动器钢片与摩擦片组件13，即第一离合器分离/第一制动器结合；当第一流体通道组件7排出高压流体时，第一离合器的压力弹簧组件压紧第一离合器的钢片与摩擦片组件，而推盘在第一活塞回位弹簧7的弹簧力作用下左移回位，从而释放第一制动器的钢片与摩擦片组件，即第一制动器分离/第一离合器结合。同样地，第二制动器和第二离合器的联动互锁机理在于：当第二流体通道组件24流入高压流体时，第二活塞23受力左移而推动第二活塞推盘22，推盘可联动地压紧第二制动器钢片与摩擦片组件19以及压紧第二离合器的压力弹簧组件，即第二制动器结合/第二离合器分离；当第二流体通道组件24排出高压流体时，第二离合器的压力弹簧组件压紧第二离合器的钢片与摩擦片组件，而推盘在第二活塞回位弹簧26的弹簧力作用下右移回位，从而释放第二制动器的钢片与摩擦片组件，即第二制动器分离/第二离合器结合。
本实施例中，第一离合器的钢片与摩擦片组件中，钢片设置有外齿花键并嵌入第一鼓毂连接件12，而摩擦片设置有内花键并通过第一离合器毂6与变速器输入轴3连接在一起。第一制动器的钢片与摩擦片组件中，摩擦片设置有内花键并通过嵌入第一鼓毂连接件12，其钢片设置有外齿花键并与壳体2上的花键鼓配合而不能旋转。
本实施例中，第二离合器的钢片与摩擦片组件中，钢片设置有外齿花键并嵌入齿圈31，而摩擦片设置有内花键并通过第二离合器毂与变速器输入轴3连接在一起。第二制动器的钢片与摩擦片组件中，摩擦片设置有内花键并通过嵌入齿圈31，其钢片设置有外齿花键并与壳体2上的花键鼓配合而不能旋转。
图1中，电机1的转轴与变速器输入轴3相连；输入轴可通过第一离合器将动力传递到太阳轮轴21，也可通过第二离合器将动力传递给齿圈31。行星架17上通过花键与行星架输出主动轮16相连，动力可从行星架输出主动轮16传递到行星架输出从动轮33。而变速器输出轴34通过键与从动轮固定相连。
具体的工作原理阐述如下：
(1)1挡(第一制动器分离/第一离合器结合/第二制动器结合/第二离合器分离)：如前所述，当第一流体通道组件排出高压流体时，第一制动器分离/第一离合器结合；控制第二流体通道组件24流入高压流体，第二制动器结合/第二离合器分离。此时，太阳轮21为动力输入，齿圈31固定，行星架17输出，行星轮处传动比为：
其中，ZR为齿圈齿数；ZS为齿圈齿数。假设行星架17的动力输出主动轮与从动轮的齿数比为：则变速器总的传动比为：
(2)2挡(第一制动器结合/第一离合器分离/第二制动器分离/第二离合器结合)：如前所述，当第一流体通道组件流入高压流体时，第一制动器结合/第一离合器分离；控制第二流体通道组件24排出高压流体，则第二制动器分离/第二离合器结合。此时，齿圈31为动力输入，太阳轮21固定，行星架17输出，行星轮处传动比为：
假设行星架17的动力输出主动轮与从动轮的齿数比为：
则变速器总的传动比为：
(3)3挡(第一制动器分离/第一离合器结合/第二制动器分离/第二离合器结合)：如前所述，当第一流体通道组件排出高压流体时，第一制动器分离/第一离合器结合；控制第二流体通道组件24排出高压流体，则第二制动器分离/第二离合器结合。此时，行星轮系整体相对固定，传动比为：1:1。假设行星架17的动力输出主动轮与从动轮的齿数比为：则变速器总的传动比为：
特别地，当本发明中的外控流体泄漏时，第一流体通道组件和第二流体通道组件内部均没有高压流体，在第一回位膜片弹簧7和第二回位膜片弹簧26的作用下，变速器处于第3挡位工作状态。值得说明的是，无论第一流体通道组件和第二流体通道组件任意一个泄漏时，第一回位膜片弹簧7或第二回位膜片弹簧26均可以实现回位，通过另一作动器的工作状态控制，变速器仍然可以工作在某一具体单位上。电机仍然能够通过变速器输出动力驱动车辆行驶，即该变速器具有防呆功能。而且，由于行星轮部分在第3挡时整体相对固定，即使内部各个齿轮零件的齿有些折断下仍然可以继续防呆工作。表1为本方面换挡过程的控制策略表。
表1变速器换挡元件控制策略简表
区别于现有技术，本实施例电机通过电机转轴与变速器输入轴传动连接，所述变速器输入轴通过行星架输出主动轮与行星架输出从动轮的配合与变速器输出轴传动连接。变速器输入轴可通过第一离合器将动力传递到太阳轮轴21，也可通过第二离合器将动力传递给齿圈31。行星架上通过花键与行星架输出主动轮相连，动力可从行星架输出主动轮传递到行星架输出从动轮。而变速器输出轴通过键与行星架输出从动轮固定相连。只需对第一作动器和第二作动器进行控制，就可联动互锁地控制2个离合器和2个制动器，从而实现3个单排行星轮系的3个不同传动比挡位。不仅整体结构简化紧凑、易于控制换挡，而且即使整个高压流体泄漏或行星轮系大部分齿轮零件磨损下，仍然具备车辆防呆功能。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述电动汽车用双作动器式三挡变速器包括电机、变速器输入轴、变速器输出轴、第一作动器、第二作动器、太阳轮轴、齿圈、行星架、第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器；
所述第一作动器通过连接件分别与所述第一制动器和第一离合器连接，用于联动控制所述第一制动器和第一离合器结合或分离，使所述第一制动器和第一离合器联动互锁；所述第二作动器通过连接件分别与所述第二制动器和第二离合器连接，用于联动控制所述第二制动器和第二离合器结合或分离，使所述第二制动器和第二离合器联动互锁；
所述太阳轮轴与齿圈分别设置在变速器输入轴上，所述变速器输入轴通过第一离合器与太阳轮轴传动连接，所述变速器输入轴通过第二离合器与齿圈传动连接，所述太阳轮轴与齿圈分别与行星架输出主动轮传动连接；
所述电机通过电机转轴与变速器输入轴传动连接，所述变速器输入轴通过行星架输出主动轮与行星架输出从动轮的配合与变速器输出轴传动连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述第一作动器与第二作动器为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机械传动作动器中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求1所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述电动汽车用双作动器式三挡变速器还包括壳体，所述第一作动器与第二作动器均为活塞组件，所述壳体上设有第一流体通道组件与第二流体通道组件，所述第一流体通道组件与第二流体通道组件分别与活塞腔体相连通。
4.根据权利要求3所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述变速器输入轴与变速器输出轴分别通过支撑轴承连接于壳体，所述支承轴承的前端均设置有端盖油封组件。
5.根据权利要求1所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述连接件为活塞推盘，所述活塞推盘包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；
所述第一连接部与第一作动器或第二作动器连接，所述第二连接部与第一离合器或第二离合器连接，所述第三连接部与第一制动器或第二制动器连接；
所述第一作动器通过连接件联动互锁所述第一离合器和第一制动器；
所述第二作动器通过连接件联动互锁所述第二离合器和第二制动器。
6.根据权利要求1所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述第一制动器、第二制动器、第一离合器以及第二离合器均包括多个相对设置的摩擦片和对偶钢片。
7.根据权利要求6所述的电动汽车用双作动器式三挡变速器，其特征在于：所述第一离合器与第二离合器均包括压力弹簧，所述压力弹簧一端固定，另一端通过所述压盘与第一离合器或第二离合器的对偶钢片传动连接，用于推动对偶钢片压紧摩擦片。
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